炫酷的灯光秀背后 一部3D光雕投影技术发展史

昨天，一年一度的悉尼灯光节正式开幕，云知光澳洲游学团第一时间为大伙儿带来了第一手的资讯。今年灯光节上，除了来自全球各地艺术家、设计师的创意艺术装置作品，当然也少不了近年来非常火爆的 3D 光雕投影秀。那么对于 3D 光雕投影技术和它的历史，你了解多少？

什么是 3D 光雕投影？

3D光雕投影在开发和实验过程中经历过多个不同的名称，用谷歌搜索我们会发现有关它的历史不过寥寥3年，这是因为3D光雕投影技术以前还有一个学术名称 “Spatial Augmented Reality（空间增强现实）”，也叫做“ Video Mapping（视频投影）”。然而美国人似乎更喜欢称它为 Projection Mapping，并延用至今。

写这篇文章，主要是为了介绍不规则物体作为投影显示表面的这段历史。而以平面、圆柱形/球形作为投影显示表面的发展历史则更长，可以追溯至电影诞生的年代，此篇文章将为大家以时间线叙述3D光雕投影（Projection Mapping）的历史。

3D光雕投影发展时间线

1969年，迪士尼将其应用于鬼屋

Projection Mapping 投影技术的第一次实验可以追溯到1969年，考虑到我们在过去的5年才开到了这种技术的使用和普及，1969年这个时间点可以说是令人惊讶的老了。

而第一个 Projection Mapping 是迪士尼乐园在当时开放的鬼屋中使用的，他们使用 16mm 的胶片拍摄歌手的头部，然后投射到他们脸部的半身像上。其中，黑暗骑乘这一娱乐项目就包含了许多有趣的视错觉设计：脱离躯体的头颅、莉欧塔夫人、5个半身像，一齐唱着黑暗骑乘的主题曲“Grim Grinning Ghosts”。

▲ 1969年 幽灵鬼屋的歌唱雕像

1980年，浸入式艺术电影装置Displacement

第二个 Projection Mapping 投影技术实例出现在1980年，是 Michael Naimark 设计的一款浸入式电影装置 Displacement。在这个艺术装置中，摄影师用旋转镜头拍摄客厅，客厅内有两位演员，接着再用投影仪替换摄像机进行投影，便可达到旋转式 Projection Mapping 的放映效果。

▲ Michael Naimark-Displacement

1991年，迪士尼开创 Projection Mapping 并获专利

迪士尼不仅开创了 Projection Mapping 投影技术，同时也是（我能找到的）在 3D 投影领域中最早拥有专利的公司，专利名称为“在 3D 物体上投影的装置和方法”, 其本质描述的是一种投影系统，该系统可以将数字化图像绘制在起伏的 3D 物体之上。

▲ 1991年，Disney宣传照片

1994年，GE公司获 Projection Mapping 专利

GE 公司早期还有一项专利，名字很长，叫“将 3D 空间中计算机模型的图像精准地叠加到物理空间中对应物体的系统和方法”。

1998年，未来办公概念引起3D投影热潮

Projection Mapping 为人所知也是因为学术界掀起了一股研究3D投影技术的热潮。在北卡罗来纳大学教堂山分校，Ramesh Raskar、Greg Welch、Henry Fuchs 以及 Deepak Bandyopadhyay 四人打造了“Spatial Augmented Reality（空间增强现实）”技术。

而这一切都源于一份叫做“The Office of the Future （未来办公室）”的文章，该文构想了一台可以覆盖任何表面的投影仪，有了它，人们不必盯着一台小型计算机显示器，而是直接在桌子上就可以体验AR技术。

▲ 1998年使用混合环境的未来办公室草图

未来办公室的概念：首先，将投影仪替换正常的办公室用灯，以精确控制室内所有灯光。然后，在多个摄像机同步工作的环境下，获取在室内所有可见表面的几何形状的反射信息，并将获取的影像投影在表面上，从而达到展现影像或者影像变化的效果。此处插图旨在帮助区分投影图像和真实物体。

这意味着使用者可以和真人大小的同事进行Skype语音聊天，即将人的影像投射到真人大小的虚拟 3D 模型上，从而达到面对面聊天的效果。这项技术早期还采用了实时、无噪的 3D 扫描仪（如 Kinect）。

1999年，John Underkoffler 表示未来带摄像头的投影仪会像电灯泡一样普遍

即使你不知道这个名字——John Underkoffler，但你一定知道他所做过的工作。他为影片《少数派报告》创造的基于手势的界面却影响了随后13年的用户界面和硬件创新。

▲ 电影少数派报告剧照

但《少数派报告》中的神奇UI也只是 John Underkoffler 在麻省理工学院和洛杉矶工作室 Oblong 时所创造的众多产品之一。他是发明 Minority Report 界面的设计师，同时也是 VR 科技公司 Oblong Industries 的首席科学家，早期交互式 Projection Mapping 投影技术也有部分出自他手。

1999年除了科学发明，John Underkoffler 还引入了 I/O 电灯泡 (I/O Bulb)概念，他表示未来这种带摄像头的投影仪会像传统电灯泡那样普遍，并走进各家各户。

2001年，Raskar 开创 Shader Lamps 计算机图形技术

2004年，便携式投影仪的探索

2004年，Raskar 等人继续对便携式投影仪进行探索（这预示着微型投影仪未来发展的方向）。操作者可以通过这些智能投影仪中的各种传感器来感知自己的方位，还可以将其用于仓库库存的管理和维护上。

2005年，影像投射进入艺术领域

2005到2006年间，Oliver Bimber 使用投影仪将影像投射在绘画作品上，并将画布作为投影屏幕使用。

Projection Mapping 投影技术还在继续发展中…

3D光雕投影的未来

▲ 悉尼歌剧院立面投影，2011

▲ tokyo city symphony，2015

投影映射在过去5年中迅速普及。我们已经看到了户外活动的投影映射出现在艺术节，车展，企业活动，零售广告等。由于我们只是在这种新媒体的起源，投影映射的新用途每周都会出现。一旦有人提出了新的东西，我们就会看到这个想法的迭代随处可见。所以问题仍然存在，未来可以用投影映射做什么？一切都有可能。